Propagación
Dado que la comunicación de radio es transportada por ondas electromagnéticas
viajan a través de la atmósfera terrestre, es conveniente saber algo sobre las
características de las ondas y la forma en la cual su comportamiento es influenciado por las condiciones durante su viaje desde el transmisor hasta el receptor. Mientras que el conocimiento de la propagación no es del todo esencial para aquel que desea instalar una antena efectiva, unos cuantos detalles deben de ser comprendidos antes que los principios de diseño de antenas sea correctamente aplicado. Aunque una antena irradia la potencia aplicada con un alto grado de eficiencia, si esa potencia no viaja al punto receptor deseado pero va a algún otro lugar, la antena está fallando.
Fase y longitud de onda
Debido a que la velocidad a la cual las ondas de radio viajan es alta, caemos en el hábito de ignorar el tiempo que transcurre entre el instante en el que la onda deja la antena transmisora y el instante al cual la onda llega a la antena receptora. Es verdad que toma solamente un séptimo de segundo viajar alrededor de la tierra, pero existen otros factores que hacen el factor de tiempo extremadamente importante.
La onda es producida por el flujo de una corriente alterna en un conductor (usualmente una antena) la cual produce campos eléctricos y magnéticos. La corriente alterna usada para trabajar en radio puede tener cualquier frecuencia desde unos cientos de miles hasta billones de ciclos por segundo. Supongamos una frecuencia de 30 MHz, esto es 30,000,000 de ciclos por segundo. Uno de estos ciclos es completado en 1/30,000,00 de segundo, y dado a que la onda está viajando a una velocidad de 300,000,000 metros por segundo, se habrá movido solamente 10 metros durante el tiempo en el cual la corriente ha recorrido un ciclo completo. Dicho de otra manera, el campo electromagnético a diez metros de distancia de la antena es causado por la corriente que estuvo fluyendo en la antena un ciclo anterior en el tiempo; el campo a 20 metros es causado por la corriente que ha estado fluyendo dos ciclos anteriores, y así sucesivamente.
Ahora si cada ciclo de corriente es simplemente una repetición de ciclo que le precede, la corriente al instante correspondiente en cada ciclo será idéntico, y el campo causado por esas corrientes idénticas también serán iguales. Como los campos Se mueven hacia fuera estos se vuelven más delgados en superficies largas, por lo que la amplitud decrece con la distancia de la antena. Pero estos no pierden su identidad con respecto al instante del ciclo al cual fue generado. Esto es, la fase del movimiento aparente de la superficie permanece constante. Este continua, y entonces a intervalos de 10 metros medidos desde la antena la fase de las ondas en cualquier instante dado es idéntica.
Con este hecho tenemos la manera para hacer dos definiciones; onda frontal (wave
front) y longitud de onda. La onda frontal es simplemente una superficie en cada parte en la cual la onda está en la misma fase. La longitud de onda es la distancia entre dos ondas frontales teniendo fase idéntica en cualquier instante dado. En el ejemplo, la longitud es 10 metros porque la distancia entre dos ondas frontales teniendo la misma fase es de 10 metros. Esta distancia, por cierto, siempre debe ser medida perpendicularmente a la onda frontal ; en otras palabras, a lo largo de la misma línea que representa la dirección en la cual la onda está viajando. Mediciones hechas en cualquier otra dirección podría generar conclusiones erróneas. Expresada en una fórmula, la longitud de onda es:
λ = v / f
donde:
λ = longitud de onda
v = velocidad de la onda
f = frecuencia
La longitud de onda será expresada en la misma unidad de longitud que la velocidad siempre y cuando la frecuencia se expresa en la misma unidad de tiempo que la velocidad. Para una onda viajando en el espacio libre (y lo suficientemente cercano para que las ondas viajan a través del aire) la longitud de onda en: λ (metros) = 300 / f (MHz).
En la fig siguiente, las puntas A, B y C están todos en la misma fase porque estos
corresponden a instantes en cada ciclo.
Esta es una ilustración convencional de una onda senoidal de corriente alterna con tiempo progresivo a la derecha. También representa un punto de la distribución de intensidad de los campos viajando, si la distancia es substituida por tiempo en el eje horizontal. En este caso la distancia entre A y B o entre B y C representa una longitud de onda. Esto muestra que la distribución de intensidad de campo sigue la curva senoidal, la amplitud y polaridad, corresponden exactamente a las variaciones de tiempo en corriente que producen los campos. Debe recordarse que es una foto instantánea; donde la onda actual viaja al igual que una ola de agua.
La amplitud instantánea de ambos campos (eléctrico y magnético) varían senoidalmente con el tiempo como se muestra en la figura. Dado que los campos viajan a velocidad constante, la gráfica también representa la distribución
instantánea de la intensidad de campo a lo largo de la trayectoria de la onda. La
distancia entre dos puntos iguales en fase, como A-B y B-C, es la longitud de onda.
La modulación
Este sistema, que actualmente aún se emplea, parte de dos ondas:
• Onda portadora: es la encargada de fijar la frecuencia de transmisión y es la que
alteramos para que transporte la información que queremos.
• Onda moduladora: es la onda que queremos transmitir (voz, música, datos,
etc…).
El proceso de modulación se basa alterar de una forma determinada la onda portadora en función de la onda moduladora, obteniéndose como resultado final la onda modulada que será radiada.
Para ello nos basaremos en los dos parámetros más importantes de una onda:
• La amplitud.
• La frecuencia.
En función del parámetro empleado vamos a tener dos posibles tipos modulación:
• Modulación en amplitud (AM).
• Modulación en frecuencia (FM).
Por supuesto existen más tipos de modulación, pero sólamente tienen interés para
transmisión radioeléctrica estas dos.
Modulación en amplitud (AM)
La modulación en amplitud fué el primer método de transmisión por radio.
Se basa en variar la amplitud de la onda portadora en función de la amplitud de la onda moduladora, obteniendo como resultado una onda modulada que contiene a la moduladora. Si unimos los extremos de la onda modulada obtendremos la señal
moduladora y su simétrica (trazado en verde en el siguiente gráfico):
Un parámetro importante es el porcentaje de modulación, que indica la amplitud mínima o nivel cero de la onda modulada. Una modulación al 100% indica que la amplitud mínima será cero.
Se puede demostrar matemáticamente que la onda modulada final se puede
descomponer en tres señales: una de frecuencia igual a la portadora y otras resultado de sumar y restar la frecuencia de la moduladora a la de la portadora. Es decir, si tuviéramos una portadora de 500 KHz y la onda moduladora posee una frecuencia máxima de 20KHz (como las señales musicales) obtendremos tres ondas: una de 500 KHz y dos bandas laterales de 480 KHz y 520 KHz.
Esto es importante para saber el ancho de banda que ocupa la transmisión (en este
caso 20+20=40 KHz).
Optimización de la potencia
Como consecuencia de todo lo anterior vamos a obtener que en el mejor de los casos (porcentaje de modulación del 100%) la onda portadora consume el 50% de la potencia y cada banda lateral un 25%. Esto se resuelve filtrando la onda modulada antes de emitirla, con lo que nos situamos en uno de los siguientes sistemas:
• Modulación en doble banda lateral (DSB): se suprime la frecuencia central
(portadora).
• Modulación en banda lateral única (BLU o SSB): suprime la portadora y una de
las bandas laterales.
• Modulación en banda lateral vestigial (BLV): se suprime una parte de una de las
bandas laterales. Este sistema se emplea en imagen de TV (vídeo).
Empleando uno de los sistemas anteriores obtendremos un mayor aprovechamiento de la potencia y ocuparemos un menor ancho de banda.
Modulación en frecuencia (FM).
La modulación en Frecuencia es la técnica de transmisión por radio más popular
actualmente. La FM es tan popular porque es capaz de transmitir más información del sonido que queremos transmitir, ya que en AM si se transmiten sonidos que están a frecuencias muy altas se consume un gran ancho de banda.
La modulación en frecuencia se basa en variar la frecuencia de la portadora con arreglo a la amplitud de la moduladora.
Supongamos que tenemos una señal moduladora cuya máxima amplitud es de 1V
(valor de pico) y una onda portadora de 1000 KHz. Si suponemos que para este valor de amplitud la frecuencia de la portadora se desvía 15 KHz (simétricamente, es decir +15 KHz y -15 KHz), conforme oscila la señal moduladora la frecuencia de la portadora oscila entre 985 KHz y 1015 KHz, ocupando un ancho de banda de 30 KHz.
En este sistema de modulación también tenemos un problema práctico, y es que rara vez el ancho de banda de la transmisión es inferior a diez veces el de la señal
moduladora.
Bandas de frecuencia
Internacionalmente se han dividido todo el espectro de frecuencia en las denominadas bandas de frecuencia. Esto se hace así para poder delimitar el acceso de los usuarios a estas bandas. Hay que mencionar que esta clasificación no es global y que algunos países difieren en su delimitación, pero en general podemos aceptarlas como generales.
Como Novicio, usted está en la obligación de apegarse a la normatividad del Decreto 963 de 2009 y Decreto Único Reglamentario de las TIC 1078 de 2015 que rigen el Servicio de Radioaficionados en Colombia, y bajo ninguna circunstancia deberá transmitir fonía u otra modalidad no indicada en estos, en las bandas de HF. Así mismo debe abstenerse de hacer transmisiones en VHF y/o UHF utilizando los repetidores instalados. De no observar esta advertencia y la Agencia Nacional del Espectro -ANE- registra alguna actividad suya fuera de sus privilegios, su licencia puede ser revocada y sus equipos incautados.
Datos de Propagación en las Diferentes Bandas
La propagación varía con las distintas frecuencias y además con la ionización de la atmósfera, la altura de las capas o nubes de Heaviside, y las horas del día y la noche y por ello a continuación se da una idea de las condiciones promedio para cada banda en nuestra zona sin que esto represente la respuesta real en todos los casos.
BANDA DE 160 METROS:
Durante las horas diurnas es utilizable solo para distancias muy corta.- Durante la noche es posible realizar contactos en distancias entre 1500 y 2000 Km. y en los casos de mínima actividad solar se logran grandes distancias. Es una banda con mucho nivel de ruido lo que dificulta los comunicados. Los máximos rendimientos se logran desde la puesta del sol hasta 30 minutos después a la noche y en la mañana desde 30 minutos antes y hasta su salida.
BANDA DE 80 METROS:
Es una banda cuyo mayor rendimiento es durante las horas nocturnas pero durante el día la reflexión en la capa E permite comunicados hasta una distancia de 800 a 1000 Km. Durante los períodos de máxima actividad solar posee un elevado nivel de ruido y sus máximos rendimientos se logran durante una hora antes de la salida y otra hora luego de la puesta del sol.
BANDA DE 40 METROS:
Durante las horas diurnas la reflexión el la capa E permite comunicados hasta 2000 Km. Pero durante la noche su alcance es muy grande y podemos decir que toda estación que se encuentre en la zona noche puede contactar con otra en igual situación. Posee un elevado nivel de ruido durante los períodos de máxima actividad solar y su máximo rendimiento se encuentra durante una hora antes y después de la puesta del sol.
BANDA DE 20 METROS: ( Excluye Novicios).
Es una banda que suele permanecer abierta durante las 24 horas y permite la comunicación a gran distancia por lo que es la banda ideal para las comunicaciones a todo el mundo. En los períodos de máxima actividad solar, la elevada ionización de las capas D y E produce fuertes atenuaciones y durante el verano permite comunicados a muy corta distancia pero lo normal es que su zona de silencio sea de 0 hasta 500 Km. Debe tenerse presente para esta banda que su mejor rendimiento es desde las 19 horas hasta las 9 horas del día siguiente por tener menos ionización las capas D y E, de esta manera, la señal se refleja en la capa F lo que eleva su distancia de comunicación.
BANDA DE 15 METROS: (Novicios solo telegrafía).
Es una banda claramente diurna y sólo en los períodos de máxima actividad solar permanece abierta en las primeras horas de la noche. En los períodos de mínima actividad solar puede permanecer cerrada todo el día e incluso varios días y debe tenerse presente que su distancia de salto es de 1000 Km. como mínimo.
BANDA DE 10 METROS:
Es una banda exclusivamente diurna y muy afectada por los ciclos solares ya que durante su máxima actividad permite comunicados a grandes distancias con suma facilidad; en cambio durante la mínima actividad suele permanecer cerrada completamente durante semanas. En condiciones normales de reflexión su distancia de salto es muy grande y puede escucharse perfectamente estaciones situadas a 4000 Km de distancia y no poder escuchar otras más próximas. Es una banda que casi roza la máxima frecuencia de reflexión por lo que exige el uso de antenas de muy bajo ángulo de radiación para lograr un máximo de rendimiento.
BANDA DE 6 METROS: ( Novicios Telegrafía-Digitales).
En esta banda se encuentran todos los tipos de propagación tanto las de H.F. como las de V.H.F. y durante los ciclos de máxima actividad solar se logran comunicados de alcance mundial y es muy común el alcance transecuatorial por reflexión en la capa F. Además es una banda que permite la comunicación por reflexión meteorítica con una duración muy larga.
BANDA DE 2 METROS: Es una banda de propagación troposférica por lo que su señal no refleja el las capas ionosféricas, salvo en casos de auroras o alteraciones elevadas del campo magnético frecuentes en verano que permiten enlaces hasta 3000 Km. Además permite comunicados por reflexión meteorítica de hasta 2000 Km pero solo por 20 ó 30 segundos. Es una banda donde sus mejores resultados se logran durante el verano.
BANDA DE 0,70 METROS: (Novicios Telegrafía-Digitales).
En condiciones normales su alcance es ligeramente inferior a la banda de 2 metros pero al ser más elevada su frecuencia no aparecen ruidos producidos por el ingenio del hombre y por tanto sus señales son muy limpias. Su propagación es troposférica y algo mejor que la banda de 2 metros.
BANDAS WARC 79.
30 metros, 17 metros, 12 metros, no muy experimentales en nuestro país, y no autorizadas para la categoría de novicio.
6MM (SHF) 4MM (EHF), no muy experimentales en nuestro país, y no autorizadas para la categoría de novicio.
POTENCIAS.
Las potencias de emisión varían según la categoría de la licencia. Estas, en términos generales, oscilan entre los 40 y 2000 watios de salida.